工業(yè)網絡與通信

1、工業(yè)網絡與通信一 工業(yè)網絡通信基礎工業(yè)網絡是指安裝在工業(yè)生產環(huán)境中的一種全數字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)。具體有以下三種類型：(1)專用、封閉型工業(yè)網絡：該網絡規(guī)范是由各公司自行研制，往往是針對某一特定應 用領域而設，效率也是最高。但在相互連接時就顯得各項指標參差不齊，推廣與維護都難以協(xié)調。專用型工業(yè)網絡有三個發(fā)展方向：走向封閉系統(tǒng)，以保證市場占有率。走向開放型，使它成為標準。設計專用的Gateway與開放型網絡連接。(2)開放型工業(yè)網絡：除了一些較簡單的標準是無條件開放外，大部分是有條件開放， 或僅對成員開放。生產商必須成為該組織的成員，產品需經過該組織的測試、認證，方可在該工業(yè)網絡系統(tǒng)中使用

2、。(3)標準工業(yè)網絡：符合國際標準IEC61158、IEC62026、ISO11519或歐洲標準 EN50170的工業(yè)網絡，它們都會遵循ISO/OSI7層參考模型。工業(yè)網絡大都只使用物理層、數據鏈路層和應用層。一般工業(yè)網絡的制定是根據現有的通信界面，或是自己設計通信IC,然后再依據應用領域設定數據彳輸格式。例如，DeviceNet的物理層與數據鏈路層是以CANbus為基礎，再增加適用于一般I/O點應用的應用層規(guī)范。目前IEC61158認可的八種工業(yè)現場總線標準分別是：Fieldbus Type1 、Profibus、ControlNet、P-NET Foundation Fieldbus 、S

3、wiftNet、WorldFIP 和 Interbus 。1工業(yè)數據通信的技術組成和系統(tǒng)組成2工業(yè)數據通信的傳輸過程二工業(yè)網絡物理機構1網絡的傳輸媒介有線傳輸介質：雙絞線、同軸電纜和光纖。無線傳輸介質：無線電、微波、衛(wèi)星、移動通信等各種通信介質。2工業(yè)通信網絡的拓撲形式工業(yè)網絡中的拓撲形式就是節(jié)點的互連形式。常見的是：總線型、環(huán)形、星形和樹形等。(1)總線型：通過一條總線電纜作為傳輸介質，各節(jié)點通過接口接入總線。是工業(yè)通信 網絡中最常用的一種拓撲形式。,? , T ?i i i i i(2)星形與樹形：在星形拓撲中，每個節(jié)點通過點對點連接到中央節(jié)點，任何節(jié)點之間 的通信都通過中央節(jié)點進行。樹形

4、拓撲是星形拓撲的變種。常用于節(jié)點密集的地方，在商業(yè) 和民用網絡中使用較多。3介質訪問控制方式定義：在計算機網絡中，不管是采用什么樣的拓撲形式連接，傳輸介質總是作為各站點的共享資源的。將傳輸介質的頻帶有效地分配給網絡上各站點的用戶的方法稱為介質訪問控 制方法或協(xié)議。介質訪問控制方法對網絡的響應時間、吞吐量和效率起著十分重要的作用。各種局域網的性能在很大程度上取決于所選用的介質訪問控制協(xié)議。(1)多路復用技術在實際的計算機網絡系統(tǒng)中， 為了有效地利用通信電路， 總是利用一個信道同時傳輸多 路信號。多路復用技術就是把多路信號在單一的傳輸線路上用單一的傳輸設備進行傳輸的技 術。在遠距離傳輸時，多路復用

5、技術可以大大節(jié)省電纜的安裝和維護費用。預妁輪轉(2)帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD載波監(jiān)聽多路訪問：網絡站點監(jiān)聽載波是否存在，即判斷信道是否被占用，并采取相應的措施，它是一種爭用協(xié)議。原則：發(fā)前監(jiān)聽，空閑即發(fā)，忙時等待。帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問：該方式可以提高總線的利用率，這種協(xié)議的國際標準為就是以太網標準，已在局域網中廣泛使用。原則：發(fā)前先偵聽，空閑即發(fā)送，邊發(fā)邊檢測，沖突時退避。(3)令牌環(huán)(Token Ring )介質訪問方式：誰可以發(fā)送幀，是由一個沿著環(huán)旋轉的稱為“令牌” (TOKEN的特殊幀來控制的。 只有拿到令牌的站可以發(fā)送幀，而沒有拿到令牌的 站只能等待。拿到令牌

6、的站將令牌轉變成訪問控制頭，后面加掛上自己的數據進行發(fā)送。數據幀通過任何一個站點(除源站點外)時，該站點都要把幀的目的地址和本站地址相比較：如果地址相符合，則將幀拷貝到接收緩沖器，供高層軟件處理，同時將幀送回環(huán)中； 如果地址不符合，則直接將幀送回環(huán)中。數據循環(huán)一周后由發(fā)送站回收。三開放系統(tǒng)互連參考模型1 OSI參考模型ISO為了更好的使網絡應用更為普及，就推出了 OSI參考模型。其含義就是推薦所有公司使用這個規(guī)范來控制網絡。這樣所有公司都有相同的規(guī)范，就能互聯(lián)了。提供 各種網絡服務功能的計算機網絡系統(tǒng)是非常復雜的。根據分而治之的原則，ISO將整個通信功能劃分為七個層次，劃分原則是：(1)網路中

7、各結點都有相同的層次；(2)不同結點的同等層具有相同的功能；(3)同一結點內相鄰層之間通過接口通信；(4)每一層使用下層提供的服務，并向其上層提供服務；(5)不同結點的同等層按照協(xié)議實現對等層之間的通信。第1層物理層：處于 OSI參考模型的最底層。物理層的主要功能是利用物理傳輸 介質為數據鏈路層提供物理連接，以便透明的傳送比特流。第2層數據鏈路層：一在此層將數據分幀，并處理流控制。屏蔽物理層，為網絡層 提供一個數據鏈路的連接，在一條有可能出差錯的物理連接上，進行幾乎無差錯的數 據傳輸。本層指定拓撲結構并提供硬件尋址；第3層網絡層：一本層通過尋址來建立兩個節(jié)點之間的連接，為源端的運輸層送 來的分

8、組，選擇合適的路由和交換節(jié)點，正確無誤地按照地址傳送給目的端的運輸層。 它包括通過互連網絡來路由和中繼數據；第4層傳輸層：一常規(guī)數據遞送-面向連接或無連接。為會話層用戶提供一個端 到端的可靠、透明和優(yōu)化的數據傳輸服務機制。包括全雙工或半雙工、流控制和錯誤 恢復服務；第5層會話層：一在兩個節(jié)點之間建立端連接。為端系統(tǒng)的應用程序之間提供了 對話控制機制。此服務包括建立連接是以全雙工還是以半雙工的方式進行設置，盡管 可以在層4中處理雙工方式；第6層表示層：主要用于處理兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式。為上層用戶解 決用戶信息的語法問題。它包括數據格式交換、數據加密與解密、數據壓縮與恢復等 功能；第7

9、層應用層：OSI中的最高層。為特定類型的網絡應用提供了訪問OSI環(huán)境的手段。應用層確定進程之間通信的性質，以滿足用戶的需要。應用層不僅要提供應用進 程所需要的信息交換和遠程操作，而且還要作為應用進程的用戶代理，來完成一些為進行信息交換所必需的功能。它包括：文件傳送訪問和管理FTAM虛擬終端 VT、事務處理TP、遠程數據庫訪問RDA制造報文規(guī)范 MMS目錄服務 DS等協(xié)議；數據發(fā)送時，從第七層傳到第一層，接收數據則相反。上三層總稱應用層，用來控制軟件方面。下四層總稱數據流層，用來管理硬件。數據在發(fā)至數據流層的時候將被拆分。在傳輸層的數據叫段，網絡層叫包，數據鏈路層叫幀，物理層叫比特流，這樣的 叫

10、法叫PDU各層功能介紹(1)物理層(Physical Layer)物理層是OSI參考模型的最低層，它利用傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接。 為此，該層定義了物理鏈路的建立、維護和拆除有關的機械、電氣、功能和規(guī)程特性。包括信號線的功能、“ 0”和“1”信號的電平表示、數據傳輸速率、物理連接器 規(guī)格及其相關的屬性等。物理層的作用是通過傳輸介質發(fā)送和接收二進制比特流。(2)數據鏈路層(Data Link Layer)數據鏈路層是為網絡層提供服務的，解決兩個相鄰結點之間的通信問題，傳送的 協(xié)議數據單元稱為數據幀。數據幀中包含物理地址(又稱MACM址)、控制碼、數據及校驗碼等信息。該層的主要作用是通過校

11、驗、確認和反饋重發(fā)等手段，將不可靠的物理鏈路轉換成對網絡 層來說無差錯的數據鏈路。此外，數據鏈路層還要協(xié)調收發(fā)雙方的數據傳輸速率，即進行流量控制，以防止 接收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數據而導致緩沖器溢出及線路阻塞。(3)網絡層(Network Layer)網絡層是為傳輸層提供服務的，傳送的協(xié)議數據單元稱為數據包或分組。該層的 主要作用是解決如何使數據包通過各結點傳送的問題，即通過路徑選擇算法(路由) 將數據包送到目的地。另外，為避免通信子網中出現過多的數據包而造成網絡阻塞， 需要對流入的數據包數量進行控制(擁塞控制)。當數據包要跨越多個通信子網才能 到達目的地時，還要解決網際互連的問題。(

12、4)傳輸層(Transport Layer)傳輸層的作用是為上層協(xié)議提供端到端的可靠和透明的數據傳輸服務，包括處理 差錯控制和流量控制等問題。該層向高層屏蔽了下層數據通信的細節(jié)，使高層用戶看 到的只是在兩個傳輸實體間的一條主機到主機的、可由用戶控制和設定的、可靠的數 據通路。傳輸層傳送的協(xié)議數據單元稱為段或報文。(5)會話層(Session Layer)會話層主要功能是管理和協(xié)調不同主機上各種進程之間的通信(對話)，即負責 建立、管理和終止應用程序之間的會話。會話層得名的原因是它很類似于兩個實體間 的會話概念。例如，一個交互的用戶會話以登錄到計算機開始，以注銷結束。(6)表示層(Presentation Layer)表示層處理流經結點的數據編碼的表示方式問題，以保證一個系統(tǒng)應用層發(fā)出的 信息可被另一系統(tǒng)的應用層讀出。如